2. Структура биосферы

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населённую организмами, которые в совокупности составляют живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и косного вещества.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20 – 25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоёв океана.

Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры. Нижнюю границу биосферы на материках условно проводят по изотерме 100⁰С. При более высокой температуре большинство бактерий существовать не может. В Европе эта изотерма находится на глубине 10 - 15 км, в молодых альпийских прогибах она поднимается до 1,5 – 2 км. Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3 – 4 км.

Предел протяжённости биосферы - 39 – 40 км. Однако жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров. По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – это плёнка на её поверхности. Что касается границы биосферы в морях и океанах, то английский натуралист Э.Форбс в 1841 г. По результатам своих наблюдений в Средиземном море категорически заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако уже спустя 20 лет с глубины 2160 м затонувшего судна был поднят кабель: он оказался весь усеян кораллами, устрицами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, яйцами кальмаров.

23 января 1960 г. Исследователи – океанологи Ж. Пикар и Д.Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана. На глубине 10525 м они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано существование живых организмов в самых глубоких местах океана. Следует только отметить, что плотность организмов в океане крайне неравномерна. Примерно 5/6 его обитателей предпочитают верхние, освещаемые солнцем слои. По мере спуска на глубину количество видов резко уменьшается.

Относительно верхней границы существования жизни следует заметить, что учёные обычно проводят её на высоте 20 – 25 км, где находится спасительный для всего живого озоновый экран. Здесь таже ситуация с расселением организмов, что и в океане, только наоборот. Уже на высоте 8 – 9 км низкие температуры сильно ограничивают существование животных и растений. Биосферу населяют около 2 – 2,5 млн. видов живых существ. Особое место отводится растениям – производителям органического вещества. Их общий сухой вес (вес фитомассы) оценивается примерно в 2,42 х 10¹² т. Это составляет 99% всего живого вещества на планете. Оставшийся 1% приходится не гетеротрофные организмы.

3. Живое вещество биосферы

Длительное время считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспосабливаемость. Однако порознь все эти свойства встречаются и среди неживой природы, а, следовательно, не могут рассматриваться как специфические свойства живого.

Особенности живого Б.М.Медников (1982) сформулировал в виде аксиом теоретической биологии:

1). Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающийся по наследству из поколения в поколение (аксиома А.Вейсмана).

2) Генетическая программа образуется матричным путём. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.к. Кольцова).

3) В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и ненаправленно. И лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (1 - я аксиома Ч.Дарвина).

4) Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В.Тимофеева - Рясовского).

5). Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются образу условиями внешней среды (2 - я аксиома Ч.Дарвина).

Живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества составляет 2420 млрд. тонн.

В.И. Вернадский подчёркивал, что живое вещество – самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли.

При оценке среднего химического состава живого вещества, по данным А.П. Виноградова (1975), В.Лархера (1978) и др., главные составные части живого вещества – это водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются главными химическими элементами земного вещества и называются биофильными.

Выделяют разные уровни существования живого вещества:

1). Молекулярный – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков нуклеиновых кислот, углеводов. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2) Клеточный – уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. Все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

3). Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань.

4) Органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определённый орган.

5) Организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма.

6) Популяционно – видовой, где существует совокупность определённых однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания.

7). Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы.

8). Биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающие все проявления жизни в пределах нашей планеты.

По способу питания живое вещество подразделяется на автотрофы и гетеротрофы.